JPH04311931A - Manufacture of wavelength converting optical element - Google Patents

Manufacture of wavelength converting optical element

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JPH04311931A
JPH04311931A JP3079122A JP7912291A JPH04311931A JP H04311931 A JPH04311931 A JP H04311931A JP 3079122 A JP3079122 A JP 3079122A JP 7912291 A JP7912291 A JP 7912291A JP H04311931 A JPH04311931 A JP H04311931A
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JP
Japan
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substrate
wavelength
optical element
waveguide
crystal
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Application number
JP3079122A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaru Kawachi
河内 勝
Kazutaka Terajima
一高 寺嶋
Satoshi Matsumoto
智 松本
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH04311931A publication Critical patent/JPH04311931A/en
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Abstract

PURPOSE:To enable a waveguide route layer arranged on a LiNbO3 substrate to be simply formed in a short time as well as to enable width cut of the waveguide route layer to be sharply carried out. CONSTITUTION:In a manufacturing method to manufacture a wavelength converting optical element by carrying out proton exchange on a LiNbO3 substrate 21 so as to provide an optical waveguide route layer 22 having higher refractive index than this substrate 21, this method has a characteristic that after solution containing elements capable 6f proton exchange, for example, pyrophosphoric acid (H4P2O7) solution 26 is applied to the substrate 21, a laser beam having wavelength shorter than absorption end wavelength of the substrate 21, for example, an EXICIMER laser beam 28 is radiated for several minutes to an area in which the optical waveguide route layer 22 is formed.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、光情報処理や光計測等
に用いる短波長の光源を得るための波長変換光学素子の
製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a wavelength conversion optical element for obtaining a short wavelength light source used for optical information processing, optical measurement, etc.

【0002】0002

【従来の技術】近年、高密度光ディスクシステムや計測
,表示システム等への応用を目的として、短波長のコヒ
ーレント光源の開発が進められている。光ディスクシス
テムでは、ディスク面上に絞られる光のスポット径が光
源の波長に比例するため、高密度化を実現するには短波
長の光源が必須である。
2. Description of the Related Art In recent years, short wavelength coherent light sources have been developed for application to high-density optical disk systems, measurement and display systems, and the like. In an optical disc system, the spot diameter of the light focused on the disc surface is proportional to the wavelength of the light source, so a short wavelength light source is essential to achieve high density.

【0003】短波長の光源として、半導体レーザは小型
,軽量,低消費電力という利点を持つため、新しい材料
を用いたより短波長のレーザの開発が進められており、
既に0.6μm帯(赤色)に発振波長を持つInGaA
lP系半導体レーザは実用化のレベルに至っている。し
かしながら、さらに短波長の緑色或いは青色の半導体レ
ーザについては研究は行われているものの、室温で連続
発振するレーザは得られておらず、実用化の見通しは未
だついていない。
As a short wavelength light source, semiconductor lasers have the advantages of being small, lightweight, and low power consumption, so the development of shorter wavelength lasers using new materials is progressing.
InGaA, which already has an oscillation wavelength in the 0.6 μm band (red)
1P semiconductor lasers have reached the level of practical use. However, although research has been carried out on green or blue semiconductor lasers with shorter wavelengths, no laser that can continuously emit light at room temperature has been obtained, and there is still no prospect of practical use.

【0004】一方、短波長の光源を実現する他の手段と
して、非線形光学結晶を用いた光第2高調波発生(SH
G)があり、従来より多くの研究が行われている。小型
,低消費電力を実現させるため、基本波光源として半導
体レーザを用い、非線形光学結晶を導波路化する試みが
行われており、例えば図7に示したようなプロトン交換
LiNbO3 導波路を用いて、80mWの半導体レー
ザの光第2高調波として1mWの青色光源が得られてい
る(谷内他;昭和62年秋季応用物理学会,19p−Z
G−4(1987))。
On the other hand, as another means of realizing a short wavelength light source, optical second harmonic generation (SH) using a nonlinear optical crystal has been proposed.
G), and more research has been conducted than before. In order to realize compactness and low power consumption, attempts have been made to use a semiconductor laser as a fundamental wave light source and to turn a nonlinear optical crystal into a waveguide. For example, using a proton-exchanged LiNbO3 waveguide as shown in Fig. 7, , a 1 mW blue light source was obtained as the optical second harmonic of an 80 mW semiconductor laser (Taniuchi et al.; Autumn 1988 Applied Physics Society, 19p-Z
G-4 (1987)).

【0005】この方式は、チェレンコフ放射により第2
高調波を導波路基板内へ放射させるもので、従来のSH
G方式と異なり角度制御,温度制御等による位相整合が
不要であるという利点を持つ。チェレンコフ放射型波長
変換レーザを作成する場合、光学研磨された
[0005] This method uses Cerenkov radiation to
It radiates harmonics into the waveguide substrate, which is similar to the conventional SH
Unlike the G method, this method has the advantage of not requiring phase matching through angle control, temperature control, etc. When creating a Cerenkov-emitting wavelength-converted laser, optically polished

【0006
】LiNbO3 (Z) 板上にSiO2 膜をスパッ
タ装置により数100nm形成、或いはTa膜を電子ビ
ーム蒸着を用いて30nmの蒸着を行い、次にこれらの
薄膜上にレジストを塗布しフォトプロセスによりパター
ニングを行う。次いで、
0006
]A SiO2 film of several hundred nm is formed on the LiNbO3 (Z) plate using a sputtering device, or a Ta film is deposited to a thickness of 30 nm using electron beam evaporation, and then a resist is applied on these thin films and patterned using a photo process. conduct. Then,

【0007】SiO2 膜の場合はHN3 F溶液中で
ウェットエッチング、またTa膜の場合はCF4 ガス
中でのドライエッチングにより、レジストをマスクとし
てこれらの膜のパターニングを行う。次いで、レジスト
を除去した後、Z面上にピロリン酸を塗布し、230℃
の電気炉中で5〜10分間のプロトン交換(熱処理)を
行い、SiO2 膜及びTa膜のエッチング除去を行っ
て素子化している。なお、SiO2 膜のエッチングは
HN3 F溶液で室温、Ta膜のエッチングはNaOH
系の溶液で70℃で行う。
[0007] These films are patterned by wet etching in a HN3 F solution in the case of a SiO2 film, and dry etching in a CF4 gas in the case of a Ta film, using a resist as a mask. Next, after removing the resist, pyrophosphoric acid was applied on the Z surface and heated at 230°C.
A proton exchange (heat treatment) is performed for 5 to 10 minutes in an electric furnace to remove the SiO2 film and Ta film by etching to form a device. Note that the SiO2 film was etched with HN3F solution at room temperature, and the Ta film was etched with NaOH.
It is carried out at 70°C in a solution of the system.

【0008】しかしながら、この種の方法にあっては次
のような問題があった。即ち、上記のような工程を用い
て導波路化を達成しているため、薄膜の形成,レジスト
のパターニング,薄膜の選択エッチング,プロトン交換
及び薄膜の除去という複雑なプロセスが必要となり、工
程に時間が掛かる。さらに、得られた導波路幅の切れが
悪い等の問題があった。
However, this type of method has the following problems. In other words, since waveguide formation is achieved using the process described above, complicated processes such as thin film formation, resist patterning, selective etching of the thin film, proton exchange, and thin film removal are required, and the process is time-consuming. It takes. Furthermore, there were other problems such as poor cutting of the width of the obtained waveguide.

【0009】また、別の方法として、イオン交換KTi
OPO4 (KTP)結晶導波路を用いた例がある。K
TP結晶はYAGレーザ用SHG材料としては現在、最
も優れた結晶と考えられる。しかも、レーザ損傷しきい
値が高い、吸湿性が無く熱的に安定である、屈折率の温
度変化が小さく温度特性が良い等の特徴がある。一方、
難点として、位相整合の関係からSHGの0.53μm
光の発生が短波長側での限界であり、小型,低消費電力
を実現させるため、基本波光源としての半導体レーザを
用いることができない。さらに、従来のイオン交換は温
度350〜450℃といった比較的高めの温度を用いて
行い、しかもポストアニールが必要であった。このため
、工程が煩雑で、しかも結晶自身が劣化してしまう等の
問題があるった。
[0009] As another method, ion exchange KTi
There is an example using an OPO4 (KTP) crystal waveguide. K
TP crystal is currently considered to be the most excellent crystal as an SHG material for YAG lasers. Moreover, it has features such as a high laser damage threshold, no hygroscopicity and thermal stability, and small temperature change in refractive index and good temperature characteristics. on the other hand,
The difficulty is that the SHG is 0.53 μm due to phase matching.
Light generation is limited to short wavelengths, and in order to achieve compact size and low power consumption, a semiconductor laser cannot be used as a fundamental wave light source. Furthermore, conventional ion exchange is performed using relatively high temperatures of 350 to 450° C. and requires post-annealing. For this reason, there were problems such as the process being complicated and the crystal itself deteriorating.

【0010】0010

【発明が解決しようとする課題】このように従来、Li
NbO3 結晶を用いた波長変換光学素子の製造方法に
おいては、複雑なプロセスを用いる必要があるため、製
造工程に時間がかかる、得られた導波路の幅等の切れが
悪いという問題がある。また、KTP結晶を用いた場合
にも、同様の問題があった。本発明は、上記事情を考慮
してなされたもので、その目的とするところは、
[Problems to be Solved by the Invention] As described above, in the past, Li
In the method of manufacturing a wavelength conversion optical element using NbO3 crystal, it is necessary to use a complicated process, so there are problems that the manufacturing process is time-consuming and the width of the obtained waveguide is poor. Further, a similar problem occurred when KTP crystal was used. The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and its purpose is to:

【00
11】LiNbO3 基板又はKTP基板上に設ける導
波路層を簡便に且つ短時間で容易に作成可能であり、し
かも導波路層の幅の切れもシャープにできる波長変換光
学素子の製造方法を提供することにある。
00
11] To provide a method for manufacturing a wavelength conversion optical element, which allows a waveguide layer to be provided on a LiNbO3 substrate or a KTP substrate to be easily and easily created in a short time, and also allows sharp cuts in the width of the waveguide layer. It is in.

【0012】0012

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、プロト
ン交換又はイオン交換における熱処理を、エキシマレー
ザ等の短波長レーザで行うことにある。
[Means for Solving the Problems] The gist of the present invention is to perform heat treatment in proton exchange or ion exchange using a short wavelength laser such as an excimer laser.

【0013】即ち本発明は、KTiOPO4 基板上に
イオン交換を施し、この基板よりも屈折率の高い光導波
路層を設ける波長変換光学素子の製造方法において、基
板上にイオン交換すべき元素を含む溶液を塗布したのち
、光導波路層を形成すべき領域に、基板の吸収端波長よ
りも短い波長のレーザ光を照射するようにした方法であ
る。
That is, the present invention provides a method for manufacturing a wavelength conversion optical element in which ion exchange is performed on a KTiOPO4 substrate and an optical waveguide layer having a higher refractive index than the substrate is provided, in which a solution containing an element to be ion-exchanged is placed on the substrate. After coating the substrate, the region where the optical waveguide layer is to be formed is irradiated with a laser beam having a wavelength shorter than the absorption edge wavelength of the substrate.

【0014】また本発明は、LiNbO3 基板上にプ
ロトン交換を施し、この基板よりも屈折率の高い光導波
路層を設ける波長変換光学素子の製造方法において、基
板上にプロトン交換すべき元素を含む溶液を塗布したの
ち、光導波路層を形成すべき領域に、基板の吸収端波長
よりも短い波長のレーザ光を照射するようにした方法で
ある。
The present invention also provides a method for manufacturing a wavelength conversion optical element in which proton exchange is performed on a LiNbO3 substrate and an optical waveguide layer having a higher refractive index than the substrate is provided, in which a solution containing an element to be proton exchanged is placed on the substrate. After coating the substrate, the region where the optical waveguide layer is to be formed is irradiated with a laser beam having a wavelength shorter than the absorption edge wavelength of the substrate.

【0015】[0015]

【作用】本発明によれば、イオン交換又はプロトン交換
すべき元素を含む溶液が塗布された基板表面に、該基板
の吸収端波長よりも短い波長のレーザ光(例えばエキシ
マレーザ光)を照射しているので、基板表面から所定の
深さまでアニールされることになり、レーザ光の照射部
分のみにイオン交換又はプロトン交換を施すことができ
る。そしてこの場合、基板全体に熱処理を施す場合と異
なり、フォトプロセスやその後のエッチング工程等は不
要となる。さらに、エキシマレーザ光等の照射は室温で
行えることから、基板を加熱する必要はない。従って、
工程の簡略化及び製造時間の短縮化をはかると共に、結
晶基板へのダメージを殆どなくすことが可能となる。ま
た、局所的なアニールであること、さらに工程経過時間
が短いことから、導波路層の幅をシャープに切ることも
可能となる。
[Operation] According to the present invention, the surface of a substrate coated with a solution containing an element to be ion-exchanged or proton-exchanged is irradiated with laser light (for example, excimer laser light) having a wavelength shorter than the absorption edge wavelength of the substrate. Therefore, annealing is performed to a predetermined depth from the substrate surface, and ion exchange or proton exchange can be performed only on the portion irradiated with the laser beam. In this case, unlike the case where the entire substrate is subjected to heat treatment, a photo process, a subsequent etching process, etc. are not necessary. Furthermore, since irradiation with excimer laser light or the like can be performed at room temperature, there is no need to heat the substrate. Therefore,
In addition to simplifying the process and shortening the manufacturing time, it is possible to almost eliminate damage to the crystal substrate. Furthermore, since local annealing is performed and the elapsed process time is short, it is possible to sharply cut the width of the waveguide layer.

【0016】[0016]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0017】図1は、本発明の第1の実施例に係わる波
長変換光学素子の概略構成を示す斜視図である。図中1
1はLiNbO3 結晶基板(非線形光学結晶)であり
、この結晶基板11上の一部には導波部(光導波路層)
12がストライプ状に形成されている。導波部12は、
非線形光学結晶にプロトン交換法にてLiとHとを置換
して形成されたものであり、この導波部12は結晶基板
11で3面被覆されている。ここで、結晶基板11及び
導波部12の断面形状は共に矩形である。このような構
成において、導波部12に外部励起光(入力光)として
波長約
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a wavelength conversion optical element according to a first embodiment of the present invention. 1 in the diagram
1 is a LiNbO3 crystal substrate (nonlinear optical crystal), and a part of this crystal substrate 11 has a waveguide section (optical waveguide layer).
12 are formed in a stripe shape. The waveguide section 12 is
It is formed by substituting Li and H in a nonlinear optical crystal using a proton exchange method, and this waveguide section 12 is covered with crystal substrates 11 on three sides. Here, the cross-sectional shapes of the crystal substrate 11 and the waveguide section 12 are both rectangular. In such a configuration, the waveguide 12 receives external excitation light (input light) with a wavelength of approximately

【0018】0.9μmの半導体レーザ光13を照射す
ることにより、入力光13と同じ波長の基本波14と共
に光第2高調波(波長約0.45μmの青色レーザ光)
15が発生する。そして、入力レーザ光13はミラー加
工してある導波部12の端部から基本波14として出力
され、光第2高調波15は結晶基板11の端部から短波
長光として出力される。この光第2高調波15を利用す
ることにより、半導体レーザでは実現できないより短波
長の光源を実現することができる。次に、図1の波長変
換光学素子の製造方法を、図2を参照して説明する。
By irradiating the semiconductor laser beam 13 with a wavelength of 0.9 μm, a fundamental wave 14 having the same wavelength as the input light 13 and an optical second harmonic (blue laser beam with a wavelength of approximately 0.45 μm) are generated.
15 occurs. The input laser beam 13 is output as a fundamental wave 14 from the end of the mirrored waveguide 12, and the optical second harmonic 15 is output as short wavelength light from the end of the crystal substrate 11. By utilizing this optical second harmonic 15, it is possible to realize a light source with a shorter wavelength that cannot be realized with a semiconductor laser. Next, a method for manufacturing the wavelength conversion optical element shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. 2.

【0019】まず、図2(a)に示すように、非線形光
学結晶のLiNbO3 の平板21の上面(Z面)に、
例えばピロリン酸(H4 P2 O7 )融液26を薄
く塗布する。このとき、スピンコートでもよい。次いで
、図2(b)に示すように、この溶液26を塗布した面
に密着するようにガラスマスク(線幅5μm)27を置
き、さらに図2(c)に示すように、ガラスマスク27
を通してエキシマレーザ光(波長約0.193μm,パ
ワー10W)28を数分間照射させ、プロトン交換を施
す。ここで、エキシマレーザ光28(例えば、ArF:
 波長193nm)は、
First, as shown in FIG. 2(a), on the upper surface (Z plane) of the LiNbO3 flat plate 21 of the nonlinear optical crystal,
For example, a pyrophosphoric acid (H4 P2 O7) melt 26 is applied thinly. At this time, spin coating may be used. Next, as shown in FIG. 2(b), a glass mask (line width 5 μm) 27 is placed so as to be in close contact with the surface coated with this solution 26, and as shown in FIG. 2(c), a glass mask 27
Excimer laser light (wavelength: about 0.193 μm, power: 10 W) 28 is irradiated for several minutes through the filter to perform proton exchange. Here, the excimer laser beam 28 (for example, ArF:
Wavelength 193nm) is

【0020】LiNbO3 の吸収端波長よりも波長が
短いので、基板結晶11に照射されたエキシマレーザ光
28は基板表面から一定の深さまで到達し、表面からそ
の深さまで結晶基板11をアニールする。このとき、基
板表面には前述した融液26が塗布されているので、ア
ニール部分でLiとHのプロトン交換が施される。
Since the wavelength is shorter than the absorption edge wavelength of LiNbO3, the excimer laser beam 28 irradiated onto the substrate crystal 11 reaches a certain depth from the substrate surface and anneals the crystal substrate 11 from the surface to that depth. At this time, since the aforementioned melt 26 is applied to the substrate surface, proton exchange between Li and H is performed in the annealing portion.

【0021】上記のプロトン交換により、図2(d)に
示すように、平板21のマスク以外の部分に屈折率の異
なる層22が形成される。これが導波部12を構成する
ことになる。これ以降は、ガラスマスク27を取り除き
、平板21を水洗処理し、さらに必要に応じて導波部1
2を含む端面をミラー加工する。そして、個々の素子に
切り出すことにより、前記図1に示す構造が実現される
ことになる。
By the above proton exchange, a layer 22 having a different refractive index is formed on the portion of the flat plate 21 other than the mask, as shown in FIG. 2(d). This constitutes the waveguide section 12. After this, the glass mask 27 is removed, the flat plate 21 is washed with water, and if necessary, the waveguide 1
The end face including 2 is mirror-processed. By cutting out individual elements, the structure shown in FIG. 1 is realized.

【0022】かくして得られる波長変換光学素子に半導
体レーザ光13を照射すると、H+(プロトン)とLi
とが置換された導波部12を介して光第2高調波15が
発生し、この光第2高調波15は非線形光学結晶11の
端部から放出される。これにより、本実施例の光学素子
の端から波長約0.45μmの青色レーザ光を得ること
が可能となる。
When the wavelength conversion optical element thus obtained is irradiated with semiconductor laser light 13, H+ (protons) and Li
An optical second harmonic wave 15 is generated through the waveguide section 12 in which . This makes it possible to obtain blue laser light with a wavelength of about 0.45 μm from the end of the optical element of this example.

【0023】このようにして得られた波長変換光学素子
に半導体レーザ光を照射させ、表面散乱(光損失)を測
定した結果を図3に示す。aは本実施例で得られたとき
のもの、bは比較のために従来のPEP及び熱処理プロ
セスを経て形成されたものを示す。今回得られた波長変
換光学素子aは従来の波長変換光学素子bに比べ、光の
損失は約1/3に低く抑えられていることが分かる。こ
のことは、光第2高調波の出力パワーにも関係すること
であり、従って出力パワーとの関係を図4に示す。A及
びBは上記で用いたそれぞれの波長変換光学素子である
。図4から、AはBに比べ出力パワーは約2倍強く得ら
れていることが分かる。
FIG. 3 shows the results of measuring surface scattering (light loss) by irradiating the wavelength conversion optical element thus obtained with semiconductor laser light. A shows the one obtained in this example, and b shows the one formed through the conventional PEP and heat treatment process for comparison. It can be seen that the optical loss of the wavelength conversion optical element a obtained this time is suppressed to about 1/3 compared to the conventional wavelength conversion optical element b. This also relates to the output power of the optical second harmonic, and therefore the relationship with the output power is shown in FIG. A and B are the respective wavelength conversion optical elements used above. From FIG. 4, it can be seen that the output power of A is approximately twice as strong as that of B.

【0024】これは、光学素子を作成する場合、従来の
工程で作成したものと異なり、パターンエッジの凹凸が
小さい(従来では±50nmで今回のものは±15nm
)ことに起因しており、それだけ表面での光損失を減少
させることができ、外部への光取り出しがよくなってい
る。さらに、熱処理による温度ムラがなく、均一な層が
得られたことによると考えられる。
[0024] When creating an optical element, unlike those created using conventional processes, the unevenness of the pattern edge is small (conventionally it is ±50 nm, and this one is ±15 nm).
), the light loss on the surface can be reduced accordingly, and the light can be extracted to the outside better. Furthermore, this is thought to be due to the fact that a uniform layer was obtained without temperature unevenness due to heat treatment.

【0025】このように本実施例によれば、従来の導波
路型波長変換光学素子の導波部を作成するプロセスにお
いて、結晶表面に溶液塗布、その面にマスクを密着させ
、マスクを通してエキシマレーザ光を照射することによ
り、導波部幅のパターンエッジの凹凸を小さくすること
ができ、しかも熱処理に比べ均質な光導波路層を形成す
ることができる。このため、低損失で波長変換効率の高
い波長変換光学素子をローコストで実現することができ
る。
As described above, according to this embodiment, in the process of creating a waveguide section of a conventional waveguide type wavelength conversion optical element, a solution is applied to the crystal surface, a mask is brought into close contact with the surface, and an excimer laser is applied through the mask. By irradiating with light, it is possible to reduce the unevenness of the pattern edge of the waveguide width, and moreover, it is possible to form an optical waveguide layer that is more homogeneous than heat treatment. Therefore, a wavelength conversion optical element with low loss and high wavelength conversion efficiency can be realized at low cost.

【0026】図5は本発明の第2の実施例に係わる波長
変換光学素子の概略構成を示す図である。図中51は非
線形光学結晶としてのKTiOPO4 (KTP)結晶
基板であり、この結晶基板51上の一部に導波部(光導
波路層)52がストライプ状に形成されている。導波部
52は非線形光学結晶にイオン交換法にてKとRbとを
置換して形成されたものであり、この導波部52は結晶
基板51で3面被覆されている。ここで、結晶基板51
及び導波部52の断面形状は共に矩形である。
FIG. 5 is a diagram showing a schematic configuration of a wavelength conversion optical element according to a second embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 51 denotes a KTiOPO4 (KTP) crystal substrate as a nonlinear optical crystal, and a waveguide section (optical waveguide layer) 52 is formed in a stripe shape on a part of this crystal substrate 51. The waveguide section 52 is formed by substituting K and Rb in a nonlinear optical crystal using an ion exchange method, and the waveguide section 52 is covered with crystal substrates 51 on three sides. Here, the crystal substrate 51
The cross-sectional shapes of the waveguide portion 52 and the waveguide portion 52 are both rectangular.

【0027】このような構成においても、導波部52に
外部励起光(入力光)として波長約0.9μmの半導体
レーザ光53を照射すると、入力光53と同じ波長の基
本波54と共に光第2高調波(波長約0.45μmの青
色レーザ)55が発生する。そして、入力レーザ光53
はミラー加工してある導波部52の端部から基本波54
として出力され、光第2高調波55は結晶基板51の端
部から短波長光として出力される。次に、図5の波長変
換光学素子の製造方法を、図6を参照して説明する。ま
ず、図6(a)に示すように、非線形光学結晶のKTP
の平板61の上面
Even in such a configuration, when the semiconductor laser beam 53 with a wavelength of about 0.9 μm is irradiated to the waveguide 52 as external excitation light (input light), the optical wave 53 and the fundamental wave 54 having the same wavelength as the input light 53 are generated. A second harmonic (blue laser with a wavelength of approximately 0.45 μm) 55 is generated. Then, the input laser beam 53
The fundamental wave 54 is transmitted from the end of the mirror-processed waveguide 52.
The optical second harmonic 55 is output as short wavelength light from the end of the crystal substrate 51. Next, a method for manufacturing the wavelength conversion optical element shown in FIG. 5 will be described with reference to FIG. 6. First, as shown in Fig. 6(a), the nonlinear optical crystal KTP
The top surface of the flat plate 61 of

【0028】(Z面)に、Rbを含む塩化ルビジウム水
溶液66を薄く塗布する。次いで、図6(b)に示すよ
うに、この溶液66を塗布した面に密着するように上に
ガラスマスク67を載せる。次いで、図6(c)に示す
ように、ガラスマスク67を通してエキシマレーザ光6
8を照射し、KとRbのイオン交換を施す。
A rubidium chloride aqueous solution 66 containing Rb is applied thinly to the (Z surface). Next, as shown in FIG. 6(b), a glass mask 67 is placed on the surface coated with the solution 66 so as to be in close contact with the surface. Next, as shown in FIG. 6(c), the excimer laser beam 6 is passed through the glass mask 67.
8 to perform ion exchange of K and Rb.

【0029】これにより、図6(c)に示すように、平
板61のマスク以外の部分に屈折率の異なる層62が形
成され、これが導波部52を構成することになる。次い
で、図6(d)に示すように、マスク67を取り除き、
水洗等により水溶液66を洗い流すことにより、前記図
5に示す構造が実現されることになる。
As a result, as shown in FIG. 6C, a layer 62 having a different refractive index is formed on the portion of the flat plate 61 other than the mask, and this constitutes the waveguide section 52. Next, as shown in FIG. 6(d), the mask 67 is removed,
By washing away the aqueous solution 66 by washing with water or the like, the structure shown in FIG. 5 is realized.

【0030】かくして得られる波長変換光学素子に半導
体レーザ光53を照射すると、Rbが含まれている導波
部52を介して光第2高調波55が発生し、この光第2
高調波55は結晶基板51の端部から放出される。従っ
て、先の実施例と同様に、波長変換光学素子の端から波
長約0.45μmの青色レーザ光を得ることが可能とな
る。
When the wavelength conversion optical element thus obtained is irradiated with semiconductor laser light 53, a second harmonic wave 55 of light is generated through the waveguide 52 containing Rb.
The harmonics 55 are emitted from the ends of the crystal substrate 51. Therefore, similarly to the previous embodiment, it is possible to obtain blue laser light with a wavelength of approximately 0.45 μm from the end of the wavelength conversion optical element.

【0031】このように本実施例によれば、従来不可能
とされていたKTP結晶による青色レーザの実現が可能
となる。即ち、KをRbで置換した導波部52に励起光
を照射するのみで短波長のレーザ光(青色)を発生する
ことができる。さらに、従来の導波路型波長変換素子の
導波路にRbをエキシマレーザ光の照射によりイオン交
換するのみの、極めて簡易な工程で実現し得る等の利点
がある。
As described above, according to this embodiment, it is possible to realize a blue laser using a KTP crystal, which was previously considered impossible. That is, short wavelength laser light (blue) can be generated simply by irradiating excitation light onto the waveguide section 52 in which K is replaced with Rb. Furthermore, it has the advantage that it can be realized through an extremely simple process of simply ion-exchanging Rb into the waveguide of a conventional waveguide-type wavelength conversion element by irradiating it with excimer laser light.

【0032】なお、本発明は上述した各実施例に限定さ
れるものではない。第1の実施例では、溶液としてピロ
リン酸を用いたが、デュウトロン(D)を含む燐酸系の
溶液でも適用可能である。第2の実施例では、Rbを含
んだ水溶液として塩化ルビジウムを用いたが、他の炭酸
ルビジウム及びアジ化ルビジウムのそれぞれの水溶液を
用いて行った場合でも適用可能である。また、マスク材
としてガラスを用いたが、金属でマスクを形成しても何
等問題はない。さらに、マスクはイオン交換又はプロト
ン交換のためにレーザ光を基板表面に選択的に照射する
ために用いるものであり、レーザ光をスポット状にして
選択照射すれば、マスクを省略することも可能である。 その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形し
て実施することができる。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-mentioned embodiments. In the first embodiment, pyrophosphoric acid was used as the solution, but a phosphoric acid solution containing Deutron (D) can also be used. In the second example, rubidium chloride was used as the Rb-containing aqueous solution, but the present invention is also applicable to cases where other aqueous solutions of rubidium carbonate and rubidium azide are used. Further, although glass was used as the mask material, there is no problem if the mask is made of metal. Furthermore, the mask is used to selectively irradiate the substrate surface with laser light for ion exchange or proton exchange, and if the laser light is selectively irradiated in the form of a spot, the mask can be omitted. be. In addition, various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、プ
ロトン交換又はイオン交換における熱処理をエキシマレ
ーザ等の短波長光で行うことにより、LiNbO3 基
板又は
Effects of the Invention As detailed above, according to the present invention, by performing heat treatment in proton exchange or ion exchange with short wavelength light such as an excimer laser, LiNbO3 substrate or

【0034】KTP基板上に設ける光導波路を簡便に且
つ短時間で容易に作成可能であり、しかも導波路の幅の
切れもシャープにできる波長変換光学素子を実現するこ
とが可能となる。
[0034] It is possible to realize a wavelength conversion optical element in which an optical waveguide provided on a KTP substrate can be easily produced in a short time, and the width of the waveguide can be sharply cut.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の第1の実施例に係わる波長変換光学素
子の概略構成を示す斜視図、
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a wavelength conversion optical element according to a first embodiment of the present invention;

【図2】第1の実施例の製造工程を示す断面図、FIG. 2 is a sectional view showing the manufacturing process of the first embodiment;

【図3
】第1の実施例の結晶長と光損失との関係を示す特性図
[Figure 3
]A characteristic diagram showing the relationship between crystal length and optical loss of the first example,

【図4】第1の実施例の入力パワーと出力パワーとの関
係を示す特性図、
FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between input power and output power of the first embodiment;

【図5】本発明の第2の実施例の概略構成を示す斜視図
FIG. 5 is a perspective view showing a schematic configuration of a second embodiment of the present invention;

【図6】第2の実施例の製造工程を示す斜視図、FIG. 6 is a perspective view showing the manufacturing process of the second embodiment;

【図7
】従来の波長変換光学素子を説明するための斜視図。
[Figure 7
] A perspective view for explaining a conventional wavelength conversion optical element.

【符号の説明】 11…LiNbO3 結晶(非線形光学結晶)、12,
52…導波部(光導波路層)、 13,53…入力光、 14,54…基本波、 15,55…光第2高調波、 21,61…平板、 26…ピロリン酸(H4 P2 O7 )融液27,6
7…ガラスマスク、 28,68…エキシマレーザ光、 51…KTP結晶(非線形光学結晶)、66…塩化ルビ
ジウム水溶液。
[Explanation of symbols] 11...LiNbO3 crystal (nonlinear optical crystal), 12,
52... Waveguide (optical waveguide layer), 13,53... Input light, 14,54... Fundamental wave, 15,55... Optical second harmonic, 21,61... Flat plate, 26... Pyrophosphoric acid (H4 P2 O7) Melt 27,6
7... Glass mask, 28, 68... Excimer laser light, 51... KTP crystal (nonlinear optical crystal), 66... Rubidium chloride aqueous solution.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】KTiOPO4 基板上にイオン交換を施
し、該基板よりも屈折率の高い光導波路層を設ける波長
変換光学素子の製造方法において、前記基板上にイオン
交換すべき元素を含む溶液を塗布する工程と、次いで前
記光導波路層を形成すべき領域に前記基板の吸収端波長
よりも短い波長のレーザ光を照射する工程とを含むこと
を特徴とする波長変換光学素子の製造方法。
1. A method for manufacturing a wavelength conversion optical element in which ion exchange is performed on a KTiOPO4 substrate and an optical waveguide layer having a higher refractive index than the substrate is provided, wherein a solution containing an element to be ion-exchanged is applied onto the substrate. A method for manufacturing a wavelength conversion optical element, comprising the steps of: irradiating a region where the optical waveguide layer is to be formed with a laser beam having a wavelength shorter than the absorption edge wavelength of the substrate.
【請求項2】LiNbO3 基板上にプロトン交換を施
し、該基板よりも屈折率の高い光導波路層を設ける波長
変換光学素子の製造方法において、前記基板上にプロト
ン交換すべき元素を含む溶液を塗布する工程と、次いで
前記光導波路層を形成すべき領域に前記基板の吸収端波
長よりも短い波長のレーザ光を照射する工程とを含むこ
とを特徴とする波長変換光学素子の製造方法。
2. A method for manufacturing a wavelength conversion optical element in which proton exchange is performed on a LiNbO3 substrate and an optical waveguide layer having a higher refractive index than the substrate is provided, wherein a solution containing an element to be proton exchanged is applied onto the substrate. A method for manufacturing a wavelength conversion optical element, comprising the steps of: irradiating a region where the optical waveguide layer is to be formed with a laser beam having a wavelength shorter than the absorption edge wavelength of the substrate.
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